一种碳纳米管压阻复合材料制造技术

本发明专利技术提供一种碳纳米管压阻复合材料

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管压阻复合材料、制备方法及其用途


[0001]本专利技术属于电子复合材料
，尤其是涉及一种碳纳米管基压阻复合材料
、
制备方法及其用途
。

技术介绍

[0002]在碳纳米管的众多应用领域中，由碳纳米管的压阻性能所决定的其在应变传感器领域的作用引人关注
。
碳纳米管具有优异的压阻性能，单根碳纳米管在1％的应变范围下，电阻能变化
80
倍，对形变具有极佳的敏感性，是应变敏感元件的极佳材料
。
碳纳米管自身的压阻性能和碳纳米管之间的接触电阻，使碳纳米管也具有良好的应变敏感性，同时更具有好的加工性能，更适用于宏观结构材料的应变监测
。
碳纳米管复合材料被认为是最具潜力替代碳纤维复合材料同时实现结构功能一体化的下一代先进复合材料
。
[0003]根据目前的研究，
Gau
等人用聚酰亚胺
‑
多壁碳纳米管聚合物作为传感材料加工制作出了微型压力检测系统，在对系统的线性度
、
可重复性和高低频反应灵敏性等各项传感特性的测试研究中，均得到了满意的性能特性曲线
。
证实了系统在结构健康监测的微压力检测领域中进行应用的可行性
。
在疲劳损伤监测方面，加拿大肯考迪亚大学复合材料中心的
Nofar
等人通过测量涂覆在复合材料表面的多壁碳纳米管
‑
玻璃纤维
‑
环氧树脂聚合物的电阻变化，来预测复合材料试验样品的失效区域
。
在该研究试验中，制作了双区域疲劳损伤监测样品，在进行的周期疲劳测试试验时发现，对残余电阻变化率进行观察，能够准确地预测出损伤位置
。
该研究试验说明了碳纳米管膜压阻传感器在复合材料损伤监测中进行应用的可行性，同时，在其分段式检测方法中，传感材料只布置于检测区域中心，说明碳纳米管膜压阻传感器可检测其所覆盖材料周围一定范围内的应力变化情况
。
虽然国际上已有一些高校或研究机构开展了碳纳米管压阻性质在疲劳损伤监测方面的应用研究工作，但是其目前均还停留在实验室研究阶段，未有相关的工程应用
。
[0004]然而，在
CNT
被用于聚合物的预期应用遇到许多挑战
。
例如，碳纳米管通常缠绕在一起，并倾向于在聚合物中凝聚成束
、
绳或颗粒，碳纳米管与聚合物基体之间的弱界面结合可能无法充分利用碳纳米管的优越性能
。
现有技术大多采用颗粒填充树脂的形式来制备碳纳米管复合材料，但受到碳纳米管难分散和无规分布的影响其复合材料的性能远低于预期水平
。
目前已经发展出许多碳纳米管分散技术，如超声
、
三辊研磨
、
球磨等，然而只利用这些技术很难制备分散良好的高碳纳米管含量复合材料，并且随着碳纳米管含量的增加体系的粘度大幅度提高，对成型工艺产生影响
。
[0005]CN102190889A
公开了一种线性压阻的碳纳米管
/
橡胶复合材料及其制备方法
。
复合材料包括硅烷偶联剂修饰的碳纳米管
m
‑
MWNT1
～
10
质量份
、
甲基乙稀基硅橡胶
VMQ100
质量份其中硅烷偶联剂与碳纳米管的质量比为
1∶100
；所述碳纳米管外径为
20
～
40nm
，长度为5～
15
μ
m
；其制备方法为：将
m
‑
MWNT
超声分散于
THF
中2小时，将
VMQ
加热溶解于
THF
；然后，将两种溶液混合，继续超声
10min
，将混合溶液迅速倒入培养皿中，放置磁力搅拌器上，在
55℃
迅速挥发有机溶剂，待有机溶剂蒸干后将培养皿转移至干燥箱中，在
80℃
下，烘干4小时；真
空烘箱中
80℃
，烘干
200min
，得到碳纳米管
/
硅橡胶混合物，然后加入硫化剂双2，5，挤压制备出线性压阻的碳纳米管
/
橡胶复合材料
。
材料具有线性可控
、
压敏强度高
、
性能稳定以及重复性强的优点
。
然而，通过化学键结合方式将碳纳米管和聚合物基体复合一起的方法，容易造成复合材料力学性能上升而压阻性能太多的缺陷，这是由于活性碳纳米管的活性位点破坏，电子传输效率下降所导致的
。
[0006]因此，通过改善现有的碳纳米管和聚合物基体的分散性能，开发一种机械性能和压阻性能达到最佳平衡的压阻复合材料，从而提高压阻复合材料的自检测性能，是亟需解决的问题
。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种碳纳米管基压阻复合材料
。
所述碳纳米管基压阻复合材料为将碳纳米管优化分散于如环氧树脂等聚合物中，所形成的压阻复合材料在力学性能和电学性能之间实现最佳平衡，从而应用于自检测材料时不仅压阻灵敏度为2‑
10(
一般商用金属应变计的最大灵敏度只能到2左右
)
，而且满足较好的力学性能以适合实际工业生产需求
。
本专利技术的碳纳米管基压阻复合材料的拉伸强度为
85
‑
95MPa
，断裂伸长率为5‑6％，弯曲强度为
110MPa
‑
150MPa。。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]本专利技术提供一种碳纳米管压阻复合材料，包含碳纳米管和作为基体的聚合物树脂，所述碳纳米管的重量百分比为
0.1
‑
0.5
％，基于所述碳纳米管压阻复合材料的总质量计，其中，所述碳纳米管基压阻复合材料的压阻灵敏度为2‑
10
，拉伸强度为
85
‑
95MPa
，弯曲强度为
110MPa
‑
150MPa。
[0010]进一步地，所述碳纳米管的重量百分比为
0.3
％，基于所述碳纳米管压阻复合材料的总质量计
。
[0011]本专利技术还提供一种前述碳纳米管基压阻复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0012]步骤
S1
：将
0.1
‑
0.5
重量份的碳纳米管
、0.1
‑
1.5
重量份的分散剂在溶剂中一起混合，并超声水浴；
[0013]步骤
S2
：将步骤
S1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳纳米管压阻复合材料，其特征在于，所述碳纳米管压阻复合材料包含碳纳米管和作为基体的聚合物树脂，所述碳纳米管的重量百分比为
0.1
‑
0.5
％，基于所述碳纳米管压阻复合材料的总质量计，其中，所述碳纳米管基压阻复合材料的压阻灵敏度为2‑
10
，拉伸强度为
85
‑
95MPa
，弯曲强度为
110MPa
‑
150MPa。2.
根据权利要求1所述的碳纳米管压阻复合材料，其特征在于，所述碳纳米管的重量百分比为
0.3
％，基于所述碳纳米管压阻复合材料的总质量计
。3.
一种根据权利要求1或2所述的碳纳米管压阻复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤
S1
：将
0.1
‑
0.5
重量份的碳纳米管
、0.1
‑
1.5
重量份的分散剂在溶剂中一起混合，并超声水浴；步骤
S2
：将步骤
S1
得到的混合物与
100
重量份的聚合物树脂进行混合，在维持真空环境下持续高温
80
‑
100℃
，加热1‑5天以抽离溶剂，得到
CNT
‑
聚合物树脂的混合液；步骤
S3
：将步骤2的抽完溶剂后的
CNT
‑
聚合物树脂的混合液进行三辊压延，放入辊凹槽之中，通过两辊之间的剪切力使得所述碳纳米管...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹斌，李风，徐明明，张瑾，宋慧芳，王芫芫，毕巍，于洲，魏新晨，胥成亮，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司，
类型：发明
国别省市：